PAC（可編程自動(dòng)控制器）應(yīng)運(yùn)行而生

當(dāng)今，在設(shè)計(jì)與建立控制系統(tǒng)放時(shí)，工程師們總是希望能使用比較少的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)更多的功能。尤為當(dāng)今，他們需要的控制系統(tǒng)不僅能處理數(shù)字I/O和運(yùn)動(dòng)，而且還可以集成用于自動(dòng)化監(jiān)控和測試的視覺功能和模塊化儀器，同時(shí)還必須能實(shí)時(shí)地處理控制算法和分析任務(wù)，并把數(shù)據(jù)傳送回企業(yè)。這就是說要求產(chǎn)品能結(jié)合高級的功能和可靠性對于這復(fù)雜的應(yīng)用，僅單靠PLC或PC的不全面解決方案是困難的，這是什么原因？因基于PC的工業(yè)控制有以下弱點(diǎn)：

■穩(wěn)定性-通用的操作系統(tǒng)常常不夠穩(wěn)定并且生產(chǎn)線會受到系統(tǒng)崩潰和無法預(yù)料的重啟的影響。
■可靠性-由于磁性硬盤的旋轉(zhuǎn)和有像電源這樣的部件，其堅(jiān)固程度達(dá)不到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，PC容易發(fā)生故障。
■不熟悉的編程環(huán)境-當(dāng)系統(tǒng)停止時(shí)，工廠的操作人員需要恢復(fù)系統(tǒng)。對于梯形邏輯，操作人員能知道采用人工方法啟動(dòng)一個(gè)線圈或者補(bǔ)充代碼來快速恢復(fù)一個(gè)系統(tǒng)。但是使用PC系統(tǒng)，操作人員需要學(xué)習(xí)新工具。

圖1：為具有PC軟件功能和PLC可靠性功能的新興可編程自動(dòng)控制器PAC 示意圖
使PLC增加視覺、運(yùn)動(dòng)、儀器和分析功能等全方位的自動(dòng)化技術(shù)，顯而易見是望塵莫及。必須希望同時(shí)擁有PC的功能和PLC（可編程控制器）的可靠性的最佳方案，則可編程自動(dòng)控制器（PAC-Programmable Automation Controller）就是這樣的平臺，它能最佳結(jié)合PC和PLC兩者的優(yōu)勢（見圖1所示），它提供了開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可擴(kuò)展的領(lǐng)域功能，一個(gè)通用的開發(fā)平臺和一些高級性能。這是當(dāng)今設(shè)計(jì)與建立控制系統(tǒng)發(fā)展的需要，屬工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中比較完善的新興控制器。

那"PAC是什么？"PAC這一術(shù)語，它定義了一種新類型的控制器.該控制器結(jié)合了PC的處理器、RAM和軟件的優(yōu)勢，以及PLC固有的可靠性、堅(jiān)固性和分布特性。PAC采用現(xiàn)有的商業(yè)化技術(shù)（COTS），非常適合于工業(yè)化環(huán)境，它具有可伸縮性，易于維護(hù)和具有較低的發(fā)生故障時(shí)間等特性。

關(guān)于PAC的平臺

快速增長的PAC平臺是基于PXI。由于PXI結(jié)合了PCI總線的電路特性和Compact PCI堅(jiān)固的歐羅卡機(jī)械結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)已在工業(yè)環(huán)境中成功使用了許多年，當(dāng)今NI，Chroma，LeCroy和JTAG等供應(yīng)商現(xiàn)在可提供1，000多種獨(dú)特的I/O模塊，包括模擬I/O、數(shù)字I/O、視覺、運(yùn)動(dòng)和高精度數(shù)據(jù)采集。典型的可提供以下四種PAC硬件平臺。

■PXl對工業(yè)化PC做了改善，具有實(shí)時(shí)OS，標(biāo)準(zhǔn)的散熱，可選的不旋轉(zhuǎn)固態(tài)硬盤和內(nèi)置的模塊間同步。PXl標(biāo)準(zhǔn)要求所有的機(jī)箱能為每個(gè)模塊插槽提供25W的空氣流制冷，這樣甚至在使用高功率繼電器，高速PXl或CompactPCI卡時(shí)也不會使工作系統(tǒng)過熱或者縮短壽命。PXl也提供了能嚴(yán)格同步各個(gè)模塊的功能，因此工程師可以為高速控制應(yīng)用設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)，視覺和I/O系統(tǒng)，這些應(yīng)用包括產(chǎn)品包裝和半導(dǎo)體器件處理。

■Compact FieldPoint使用工業(yè)級的部件來抗強(qiáng)沖擊和振動(dòng)，其工作溫度范圍為-40℃到70℃。它也采用傳導(dǎo)式制冷來代替旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇，由于不使用活動(dòng)部件而提高了可靠性。由于有運(yùn)行實(shí)時(shí)OS的浮點(diǎn)處理器，Compact FieldPoint系統(tǒng)具有PC功能，用于記錄數(shù)據(jù)的CompactFlash驅(qū)動(dòng)和用于通信的以太網(wǎng)口。

■Compact Vision系統(tǒng)是為機(jī)器視覺而專門設(shè)計(jì)的堅(jiān)固的控制器。它使用，IEEE標(biāo)準(zhǔn)1394FireWire接口，可以在視覺應(yīng)用中和16臺攝像機(jī)通信。Compact Vision系統(tǒng)也采用不活動(dòng)的部件和傳導(dǎo)式制冷，因此您可以把系統(tǒng)固定在機(jī)器附近。它提供29個(gè)內(nèi)置的數(shù)字I/O通路，這些通路可由LabVlEWRT或使用LabVlEWFPGA的嵌入式FPGA來直接控制。

■CompactRIO是新型的可重復(fù)設(shè)置的嵌入式系統(tǒng)，它基于LabVlEWFPGA和LabVlEW。實(shí)時(shí)技術(shù).CompactRIO系統(tǒng)采用具有3百萬門的FPGA芯片來控制模塊化的數(shù)字和模擬I/O。這些FPGA芯片可以運(yùn)行嵌入在芯片里的代碼，它的數(shù)字循環(huán)的速率高達(dá)MHz，模擬循環(huán)的速率為150kHz。FPGA可以把信息傳回到運(yùn)行LabVlEWRT的浮點(diǎn)處理器以進(jìn)行高級計(jì)算和數(shù)據(jù)記錄和通信。由于有金屬外殼和傳導(dǎo)式制冷，該控制器非常適合用于嚴(yán)酷的環(huán)境。

PAC定義的幾種特征和性能（見圖2）。

圖2： 為PAC特征性能圖解示意
■供通用發(fā)展平臺和單一數(shù)據(jù)庫，以滿是多領(lǐng)域自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成的的通用開發(fā)平臺；

■一個(gè)輕便的控制引擎，可以實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域的功能包括：邏輯控制、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制和人機(jī)界面等，為統(tǒng)一平臺；

■允許用戶根據(jù)系統(tǒng)實(shí)施的要求在同一平臺上運(yùn)多個(gè)不同功能的應(yīng)用程序，井根據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在各程序間進(jìn)行系統(tǒng)資源的分配；

■采用開放的模塊化的硬件架構(gòu)以實(shí)現(xiàn)不同功能的自由組合與搭配，減少系統(tǒng)升級帶來的開銷；

■支持IEC 611 58現(xiàn)場總線規(guī)范，可以實(shí)現(xiàn)基于場總線的高度分散性的工廠自動(dòng)化環(huán)境；

■支持事實(shí)上的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，可以與工廠的EMS，ERP系統(tǒng)輕易集成；

■對于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、語言等，使用既定事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)來保證多供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換。

PAC可執(zhí)行較多的高級任務(wù)

■實(shí)時(shí)的振動(dòng)分析、圖像處理．運(yùn)動(dòng)控制和CAN；

■執(zhí)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的PID控制，或可調(diào)增益的PID控制．模糊邏輯；

■使用內(nèi)置Web服務(wù)器、FTP服務(wù)器和e-mail功能進(jìn)行通訊。

PAC應(yīng)用舉例

用PAC結(jié)合NI PXI和圖形軟件LabVIEW RT（實(shí)時(shí)）實(shí)現(xiàn)鋼條高精度監(jiān)控和高可靠閉環(huán)控制系統(tǒng)-自動(dòng)化處理設(shè)計(jì)方案。.

項(xiàng)目設(shè)計(jì)

由于金屬工業(yè)系統(tǒng)需要冷軋鋼廠生產(chǎn)出統(tǒng)一厚度的鋼條（以鋼卷的形式），為此這些軋鋼廠需要由對生產(chǎn)的鋼條規(guī)格進(jìn)行監(jiān)控的高可靠閉環(huán)控制系統(tǒng).這就是本PAC應(yīng)用的設(shè)計(jì)任務(wù)

系統(tǒng)技術(shù)要求

該系統(tǒng)能進(jìn)行高精度監(jiān)測和控制并以更快的響應(yīng)時(shí)間（比傳統(tǒng)PLC）；可保證每周七天、每天24小時(shí)連續(xù)的高可靠工作，并且最大限度地減少人工操作。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

鋼條規(guī)格的高精度監(jiān)測

由于NI基于PXI和實(shí)時(shí)的PAC平臺非常適合用于高精度監(jiān)測，故可利用NI 公司的圖形軟LabVlEW RT（實(shí)時(shí)）和PXI硬件開發(fā)出基于NI可編程自動(dòng)控制器（PAC）的規(guī)格監(jiān)測和控制系統(tǒng).用PAC控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)地監(jiān)測鋼片的厚度并以快速而確定的響應(yīng)時(shí)間控制計(jì)量儀。